راه حل های سنسور جریان در ونتیلاتورها

سنسورهای جریان استفاده می شودبرای اندازه گیری سرعت جریان خون یا اکسیژن در یک رگ. سنسورهای جریان قابل کاشت معمولاً در یک کاف منعطف (شکل 20.10) که در اطراف ظرفی که سرعت جریان آن اندازه‌گیری می‌شود نصب می‌شود.

همانطور که استفاده و گسترش هواکش ها همچنان در حال رشد است، فناوری CMOSens نسل جدیدی از سنسورهای جریان را ایجاد کرده است.

اندازه‌گیری مداوم جریان هوا در طول نظارت بر بیهوشی، درمان مراقبت‌های ویژه و همچنین در محیط‌های بالینی و سرپایی اطلاعات مهمی را برای ارزیابی رفتار مدار قلبی تنفسی و تنفسی فراهم می‌کند و در پزشکی مدرن ضروری شده است.

سیستم‌های تهویه مکانیکی گاز تنفسی بیماران را با استفاده از "پمپ‌های هوا" مکانیکی تامین می‌کنند و این تکنیک تهویه از فشار مثبت برای رساندن هوا به ریه‌های بیمار استفاده می‌کند.

شکل 1: ساخت شماتیک یک هواکش با موقعیت‌های سنسور مختلف و استفاده از یک رطوبت‌ساز.

افزایش ویژگی های هوشمند گنجانده شده در این ونتیلاتورها، به آنها اجازه می دهد تا به طور خودکار با تغییرات عملکرد ریه یا تنفس بیمار سازگار شوند. بنابراین، تهویه مدرن با فشار یا حجم کنترل شده، اکنون بیش از هر زمان دیگری بیمار محور است. از آنجایی که به دلیل افزایش هوشمندی دستگاه به مدهای تهویه کمتر و کمتری نیاز است، در مجموع کارکرد ونتیلاتورهای پزشکی پیچیده تر شده است.

تهویه غیر تهاجمی به درمان های تهویه ای گفته می شود که با استفاده از ماسک یا کانول های بینی انجام می شود. این اغلب به عنوان تهویه ماسک یا NIV/NPPV (تهویه غیر تهاجمی یا تهویه با فشار مثبت غیر تهاجمی) شناخته می شود. در تهویه تهاجمی، یک لوله داخل تراشه یا یک کانول تراشه به نای بیمار وارد می شود تا ریه ها را با هوا تامین کند. هر دو نوع تهویه - غیر تهاجمی و تهاجمی - دارای شایستگی هستند و به صورت مکمل استفاده می شوند.

عاملی که نباید دست کم گرفت، مرطوب کردن هوای استنشاقی است که بسیار فراتر از راحتی بیمار است. هوای مرطوب و گرم شده به طور قابل توجهی به موفقیت درمان تهویه کمک می کند زیرا هم تخلیه ترشحات و هم تحمل درمان تهویه غیرتهاجمی را بهبود می بخشد.

روند فعلی در بیمارستان ها نشان می دهد که امروزه از تهویه غیرتهاجمی بیشتر و برای علائم بسیار بیشتر از قبل استفاده می شود. به عنوان مثال، واحدهای مراقبت ویژه به طور فزاینده ای از تهویه غیرتهاجمی به عنوان خط اول درمان استفاده می کنند که عوارض عفونی، دوره های شیرگیری، مدت اقامت در ICU، نرخ لوله گذاری و هزینه ها را کاهش می دهد.

مسئله کلیدی برای همه ونتیلاتورها اندازه گیری دقیق سرعت جریان گاز تنفسی و حجم گاز تنفسی است که در داخل و خارج بیمار جریان می یابد. این اندازه‌گیری‌ها با بالاترین حساسیت و دقت، تهویه بیمارگرا را که قبلاً ذکر شد و امروزه رایج است، امکان‌پذیر می‌سازد که همچنین پاتوفیزیولوژی بیمار را بهتر منعکس می‌کند. شکل 1 ساختار شماتیک یک هواکش را با موقعیت های معمول جریان هوا/حسگر نشان می دهد.

چالش های فنی

مدارهای تنفسی پیچیده به دلیل انواع مختلف لوله‌ها، مرطوب‌کننده‌ها، فیلترها و آداپتورهای مورد استفاده، طیف وسیعی از تنوع ترکیب را دارند. این اغلب منجر به نشت و نقص می شود، به همین دلیل است که سرعت جریان دمی (I) گاهی اوقات به طور قابل توجهی با سرعت جریانی که واقعاً به بیمار می رسد متفاوت است. همین امر در مورد نرخ جریان بازدمی (E) نیز صدق می کند. اندازه‌گیری جریان هوا نیز با تغییرات مداوم در دمای هوا، رطوبت و ترکیب گاز تنفسی و همچنین آلودگی شیلنگ‌ها و حسگرهای بازدمی/پرگزیمال با خلط، عوامل بیماری‌زا و خون مختل می‌شود. با توجه به محدودیت های فنی، اندازه گیری نرخ جریان دمی (I) و بازدمی (E) در داخل ونتیلاتور در گذشته انجام می شد. سپس مقادیر جریان ناهموار با استفاده از الگوریتم‌های جبران پیچیده و اغلب نادرست تا آنجا که ممکن بود تصحیح شدند.

شکل 2. شماتیک یک تنظیم تهویه با هوای بسیار مرطوب و حجم جزر و مدی بسیار کوچک تنها 5 میلی لیتر.

سنسورهای جریان پروگزیمال باید قابل اعتماد و مقرون به صرفه باشند، پایداری طولانی مدت داشته باشند و علاوه بر این، دارای ویژگی های متعدد دیگر مخصوص ونتیلاتور باشند تا برای تهویه مدرن بیمار محور مناسب باشند. به‌علاوه، به‌ویژه الزامات سختگیرانه‌ای برای استریل‌سازی بهداشتی مورد نیاز است زیرا حسگرها با هوای آلوده به عوامل بیماری‌زا در تماس هستند.

پاشنه آشیل تمام سنسورهای جریان هوا استفاده در ترکیب با مرطوب کننده ها است. رطوبت بالا زمانی که منجر به تراکم می شود مشکل ساز می شود و باعث می شود قطرات آب ماکروسکوپی در قسمت های خنک تر مدار هواکش ببارد. به عنوان یک راه حل، تمام سنسورهای پروگزیمال و بازدم Sensirion مجهز به یک عنصر گرمایش خارجی اضافی هستند. عملکرد این عنصر گرمایش با حداکثر 0.5 وات برای جلوگیری مطمئن از تراکم در سنسور کافی است و بنابراین عملکرد پایدار و قابل اعتماد طولانی مدت را تضمین می کند.

شماتیک نشان داده شده در شکل 2 رطوبت ساز را نشان می دهد که معمولاً در تنظیمات هواکش استفاده می شود تا اطمینان حاصل شود که هوای تنفسی به خوبی مرطوب می شود. سیلندر فولادی در فر در دمای 37 درجه نگهداری می شود و ریه ها را با سنسور فشار متصل به عنوان مرجع شبیه سازی می کند. دریچه کنترل شده در طول چرخه تنفس دمی بسته می شود و یک بار در ثانیه برای قسمت بازدمی چرخه تنفس باز می شود.

بدون استفاده از بخاری، قطرات آب می تواند روی عنصر حسگر جاری شود و باعث اشتباه خواندن مقادیر اندازه گیری شود. این اشتباه خواندن را می توان به وضوح با انحراف حجم بازدمی/دمی از حجم مرجع تشخیص داد.

چشم انداز

استفاده و گسترش ونتیلاتورها در آینده به دلیل افزایش تعداد بیماری های ریوی به شدت افزایش خواهد یافت. ونتیلاتورهای مدرن به منظور تمرکز بر بیماران و درمان آنها، نیازهای روزافزونی را بر حسگرها اعمال می کنند.

فناوری CMOSens نسل جدیدی از سنسورهای جریان را ایجاد کرده است که قابلیت اطمینان خود را میلیون‌ها بار در زمینه دستگاه‌های CPAP و کاربردهای خودرو اثبات کرده‌اند و مزایای هواکش‌ها مشهود است.

این مزیت تکنولوژیکی است که سازندگان را قادر می سازد تا جهش های کوانتومی بعدی در تهویه را درک کنند.